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ATLAB 脚本进行最小二乘法拟合

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发表于 2023-12-31 16:12 |只看该作者 |倒序浏览
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这是一个 MATLAB 脚本,用于进行最小二乘法拟合。脚本首先要求用户输入已知点的 x 和 y 坐标,然后输入拟合的多项式次数 n。脚本使用最小二乘法拟合数据,并绘制了原始数据点和拟合曲线的图表。以下是对代码的主要部分的解释:
' Y# R# e( E8 L* lfunction fp = fitpt()0 M! ]( c" j* j. f" x- Y' o
    % 最小二乘3 f+ ~! I% ?$ |2 O  [: x
    % 基取 {1, x, ...}
1 J! c  c# S! Q$ c' p    % fitpt.m
! h6 f' [: @9 a4 V" l2 }2 o) [! n: r5 N
    % 默认算例为课本:P65,例3.2
1 Z% e7 y1 Z2 z& T3 T    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]6 x* C/ M+ Z. _1 R( l
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]
; h1 h/ Z% o, ~! R; v    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162% e! e8 S8 Y. P

4 ?5 r0 p5 p( P    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)
' f( ]! Q' m7 {: _' F9 Z; t3 J2 ^, J% n# q; q. K# |8 k
    s = input('<最小二乘>\n输入已知点的x坐标:(回车表示[0,1,2,3,4,5,6,7])\n', 's');4 ?( i$ \9 R- G/ X$ ~4 ~8 F
    if isempty(s)
* @+ T4 m8 Q) h( e        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';
1 Y  ?( n! }7 x9 t! j) ], \0 R* I    else1 z# C* q" G* J+ L! x8 l) \
        if (s(1) ~= '[')
2 m( h/ E4 H, O# V. W5 E+ z            s = strcat('[', s);6 d- p1 g2 \8 Z/ R' c, T4 J" g
            s = strcat(s, ']');
( M  y9 M5 w+ n" l5 r/ V2 l        end
7 t' s$ c$ u1 a2 `. n1 k9 v2 x    end% @) `' F, X+ h2 P  M. k
    x = sym(s);
- _5 C/ S& O( {  A, ?9 K/ d
6 z& n0 C* E  ~. t2 v4 N) A2 t9 T0 R    s = input('输入已知点的y坐标:(回车表示[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07])\n', 's');
2 v5 U8 F& c1 F; E" f7 i0 I    if isempty(s)4 Y( c' ]# p: [& }$ r' b" V  D
        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';
; s# T; Y+ U8 y0 e0 ~    else* m8 v3 v  n' N* U+ \$ H4 v' h
        if (s(1) ~= '[')/ t3 ]& [" \) v" m) x
            s = strcat('[', s);
0 N; v: A, X. R  _            s = strcat(s, ']');
, `2 `; l6 }* h7 G  t5 p5 T# o        end
; i* x7 r2 u0 A0 n. k8 B8 v    end
' g% |+ l8 S7 F( _- X* D5 O: K6 K* h    y = sym(s);
& G; D- t( \  J$ m/ p; Q    sz = size(x);8 a% \9 x" a. G
    sz = sz(2);+ q: U3 \: n* ~' I# y7 j
    n = input('输入多项式次数n:');  ~! o: K7 k' z) w( _8 d$ K& r
    if (n + 1 > sz)) |' t# E! F$ r6 k& |
        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');& q$ c. `( u1 c+ E4 F7 q9 N4 [
    end3 X2 z; H0 X0 E
    if (n + 1 > sz)# D  ^( J( I8 y6 R6 w6 V4 }( @7 I
        error('多项式次数不能小于已知点个数!');, s# M7 Z% V/ C! f$ A# g5 W
    end1 e/ N, u$ A, S6 g
    fp = s_fitpt_p(x, y, n);2 L- w5 H+ Y% z

: G6 }2 |9 p& h6 s6 L6 K    % 绘制原始数据点和拟合曲线
; `1 F: ~" Y6 [    plot(double(x), double(y), 'r*')8 C& d0 z$ s# d# ]7 N; @5 ~
    hold on9 s- U5 k; ^0 f8 T5 r2 R
    a = double(x(1));
* }  Q6 Q8 H" r$ K; a% q    b = double(x(sz));3 w! m. @! {4 `' v5 L+ x8 N
    x = a:abs(b - 1)/100:b;3 X9 W: m+ e* x
    y = subs(fp, x);; `0 \* O+ z: |) ?2 S3 A. K3 E
    plot(x, y)+ E8 }" X2 U/ S- {0 Q( y$ ~3 s/ l
end  V& i# @8 N5 o. b- o5 y
2 K9 O/ _2 n. h: A8 w' m) ?* ?
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%/ U# i4 F7 Z) l  r' K

3 }+ A; {  q3 X3 r& l% v. {0 x  Cfunction f = s_fitpt_p(x, y, n)+ I/ j1 s/ r! @3 \9 A$ G+ k  M
    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法6 o$ B. L0 s( g4 }" F/ V
) Z/ t6 S" ]2 w6 f; Z
    sz = size(x);
% g0 [4 z- z6 {    sz = sz(2);
6 N  R' I% v9 X0 a1 ?    A = zeros(sz, n + 1);2 h! L) A0 \, ~1 u/ M
    v = vh(n);
4 w7 N4 X7 r; y5 z7 ~    for i = 1:sz
, w- N! \, C# J        A(i, = subs(v, double(x(i)));  V1 y5 G! l) M& e  D
    end7 E" B' p2 w- g7 a, W
    f = linsolve(A' * A, A' * y');
+ N3 V9 i5 }5 S& p7 [" f2 N% x    f = vpa(f, 4);) |" g7 M2 W" o$ j. G4 D
    f = v * f;
6 R* g7 e: S7 E5 ^end
8 q( ^# k& j- C# l* E# e; S. Q8 }! W
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%9 U( i7 l- k3 b+ p+ ]
1 G8 L3 t; S. {, e4 M8 i5 M
function v = vh(n)
& n6 |/ J  U6 u. D( R, H    % Create vector in horizontal style, such as ( d' B3 b: N' g& \6 H  }
    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]9 V2 d! b3 O. K0 h
2 l. {, X( `& \$ h
    if (n < 0 || n > 9)) u7 c0 V5 c- b. U, b5 r6 o
        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')7 f# i1 b( V: Z3 |7 S  E* b
    end
4 F  G- ^) z% F" D    s = '';
) i8 ?8 D3 X( R$ |& f' M4 x3 H    for i = 0:n7 l! u+ ^  N5 {( `2 u
        s = strcat(s, ',x^');& ^+ n, J* P3 |$ y7 {- v/ [2 ^4 b  b
        s = strcat(s, num2str(i));( O6 @/ _* d& X" k9 Y+ S1 m- E
    end. F6 O' V" ^6 B; p+ x! X$ F
    s(1) = '[';
% a0 Q7 v& r1 O. t, H    sz = size(s);
* g0 t- z0 v" E8 r7 e* ~3 y    s(sz(2) + 1) = ']';
4 ^. [* A7 p- d9 @5 i' l0 l' ?6 o
4 {+ y! J. ?, |    v = simplify(sym(s));5 d4 _! H5 M5 j2 S& _) {* g
end
3 k+ V" C2 x( u) Q
5 j' _( c8 w2 s$ G8 \6 |+ q" w' k这个脚本首先获取用户输入的已知点的 x 和 y 坐标,然后使用最小二乘法进行拟合。最后,脚本绘制了原始数据点和拟合曲线的图表。5 H1 Z% J6 ^# x* ?5 Q. o' ?

5 G5 o1 ?* X' _: a* E$ D* C" B1 C2 k! i4 M. _
zan
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